Auf dem Weg zum 6-Millionen-Dollar-Mann

Die Nanotechnologie macht ein weiteres Mal der Natur Konkurrenz. Jetzt waren Forscher mit Tests von künstlichen Muskelfasern erfolgreich, die so viel wie Luft wiegen, ein Vielfaches von menschlichen Muskeln leisten, und das unter extremen Bedingungen.

or Jahren träumten Filmautoren und Millionen von Zuschauern von den Superkräften die Lee Majors als 6-Millionen-Dollar-Mann mit seinen bionischen Gliedmaßen hatte. Weniger smart, aber technisch nicht minder beeindruckend ist, was die  „Zwerg“) wird heute populärwissenschaftlich die Forschung unter anderem in der Clusterphysik und Oberflächenphysik, Oberflächenchemie, der Halbleiterphysik und in Gebieten der Chemie und der Lebensmitteltechnologie (Nano-Food) bezeichnet. Der Sammelbegriff gründet auf der allen Nano-Forschungsgebieten gleichen Größenordnung vom Einzelatom bis zu einer Strukturgröße von 100 Nanometern (nm). Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter (10−9 m). Schon heute spielen die Nanomaterialien eine wichtige Rolle, die zumeist auf chemischem Wege oder mittels mechanischer Methoden hergestellt werden. Einige davon sind kommerziell verfügbar und werden in handelsüblichen Produkten eingesetzt, andere sind wichtige Modellsysteme für die physikalisch-chemische und materialwissenschaftliche Forschung. (Quelle: Wikipedia/news.de)]NanotechnologieMit der Nanotechnologie (v. altgriech. νᾶνος [nános in Sachen Superkräfte bietet.

Winzige Bündel aus Nanoröhrchen können sich dehnen und strecken wie natürliche Muskeln. Dabei sind sie kaum schwerer als Luft, extrem stabil und können schwere Lasten bewegen. Amerikanische Nanoforscher stellten erste Prototypen solcher Nanomuskeln aus dem vielseitigen Kohlenstoff-Material her und prognostizieren in der Zeitschrift Science zahlreiche Anwendungen.

«Aerogele aus Kohlenstoffnanoröhrchen sind die Schlüsselkomponente für künstliche Muskeln, die sich bis zu 37.000 Mal pro Sekunde um 220 Prozent dehnen können», berichten Ali E. Aliev und seine Kollegen vom Alan-G.-MacDiarmid-NanoTech-Institute an der University of Texas in Dallas. Tausende der mehrwandigen Röhrchen verwoben die Forscher zu zwei Millimeter breiten und fünf Zentimeter langen Faserbündeln. In der Längsrichtung zeigten sich diese Fasern fester als Stahl, in der Querrichtung dagegen elastisch wie Gummi.

Als die Forscher diese künstlichen Muskeln unter Hochspannungen von bis zu 5000 Volt setzten, blähte sich das Material durch elektrostatische Abstoßung der einzelnen Röhrchen wie ein Ballon in der Querrichtung aus und verkürzte sich entsprechend in der Längsrichtung. Wurde die Spannung wieder abgeschaltet, dehnte sich das Material wieder auf seine etwa doppelte Länge aus.

Dieser Vorgang ließ sich 37.000 Mal pro Sekunde wiederholen, deutlich schneller als die Kontraktion von natürlichen Muskeln. Zudem sind die Bündel mit einer Masse von 1,5 Milligramm pro Kubikzentimeter kaum schwerer als Luft und könnten - vorerst rein theoretisch - bis zu 32 mal schwerere Lasten bewegen als natürliche Muskelfasern gleichen Gewichts.

«Diese Muskeln funktionieren auch bei extremen Temperaturen», hebt Gruppenleiter Ray Baughman einen weiteren Vorteil heraus. Sowohl bei extrem kalten 196 Grad minus als auch bei glühend heißen 1600 Grad blieben die Röhrchenbündel stabil und konnten sich ohne wesentliche Einschränkungen dehnen und strecken. Kombiniert mit dem geringen Gewicht, empfehlen sich diese künstlichen Muskeln damit auch für einen Einsatz in Satelliten und Raumsonden.

Bevor diese Nanomuskeln allerdings kräftige Stellmotoren und Getriebe ersetzen können, müssen sie zu handlichen Modulen weiter entwickelt werden. Auch die für die Bewegung der Muskeln notwendigen hohen Spannungen von bis zu 5000 Volt werden den Einsatz vorerst auf wenige Nischen einschränken. Gelingt es jedoch, vergleichbare Kontraktionen mit ungefährlicheren Spannungen schalten zu können, könnten die Nanomuskeln viele Elektromotoren ersetzen, beispielsweise im Flugzeug- und Fahrzeugbau.